DE102014116904B4 - Method for optically scanning and measuring a scene and automatically generating a video - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum optischen Abtasten und Vermessen einer Szene mittels eines Laserscanners (10), der wenigstens einen Scan der Szene mit einem bestimmten Zentrum (Ci) und mit mehreren Messpunkten (X) erzeugt, wobei die erzeugten Scans mit ihren Messpunkten (X) in einem gemeinsamen Koordinatensystem (XYZ) der Szene registriert werden und die Gesamtheit aller Messpunkte (X) der erzeugten Scans eine dreidimensionale Punktwolke (3DP) bilden, welche visualisiert wird, wobei zur automatischen Erzeugung eines Videos als Visualisierung a) in einem ersten Schritt im gemeinsamen Koordinatensystem (XYZ) der Szene eine Trajektorie (T) mit mehreren Trajektorien-Punkten (TP) auf ihr definiert wird, indem ausgezeichnete Punkte in eine Abfolge gebracht werden und exakt oder approximiert Trajektorien-Punkte (TP) definieren, die entsprechend der Abfolge miteinander verbunden werden, b) in einem zweiten Schritt die Trajektorien-Punkte (TP) Clustern (G', G°) zugeteilt werden, wobei jeder Cluster (G', G°) eine Abfolge von Trajektorien-Punkten (TP) darstellt, und wobei für die Zuteilung der Trajektorien-Punkte TP zu den Clustern (G', G°) die Krümmung der Trajektorie (T) an den Trajektorien-Punkten (TP) bestimmt wird, wobei ein Trajektorien-Punkt (TP) zu einem ”geraden” Cluster (G') gehört, wenn die Krümmung betragsmäßig unterhalb eines bestimmten Schwellwertes liegt, und wobei wenigstens zwei aufeinander folgende Trajektorien-Punkte (TP) zu einem ”ausgedehnten” Cluster (G°) gehören, wenn die Krümmungen betragsmäßig jeweils oberhalb des bestimmten Schwellwertes liegen und das gleiche Vorzeichen haben, c) zu den den Clustern (G', G°) zugeteilten Trajektorien-Punkten (TP) jeweils ein Ausschnitt der lokalen Umgebung (αβγ) aus der dreidimensionalen Punktwolke (3DP) ermittelt wird, wobei sich aus einer Aneinanderreihung dieser Ausschnitte das Video ergibt.A method for optically scanning and measuring a scene by means of a laser scanner (10), which generates at least one scan of the scene with a specific center (Ci) and with several measurement points (X), wherein the generated scans with their measurement points (X) in a common Coordinate system (XYZ) of the scene are registered and the totality of all measurement points (X) of the generated scans form a three-dimensional point cloud (3DP), which is visualized, wherein the automatic generation of a video as visualization a) in a first step in the common coordinate system (XYZ ) the scene is defined a trajectory (T) with multiple trajectory points (TP) on it by placing excellent points in a sequence and defining exact or approximated trajectory points (TP) connected together according to the sequence, b ) in a second step, the trajectory points (TP) clusters (G ', G °) are assigned, each cluster (G', G °) ei represents a sequence of trajectory points (TP), and wherein for the allocation of the trajectory points TP to the clusters (G ', G °) the curvature of the trajectory (T) at the trajectory points (TP) is determined, a trajectory point (TP) belongs to a "straight" cluster (G ') if the curvature is below a certain threshold in absolute value, and at least two consecutive trajectory points (TP) form an "extended" cluster (G ° ), if the curvatures amount in each case above the determined threshold and have the same sign, c) to the clusters (G ', G °) assigned trajectory points (TP) in each case a section of the local environment (αβγ) from the Three-dimensional point cloud (3DP) is determined, resulting from a juxtaposition of these sections, the video.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Abtasten und Vermessen einer Szene mittels eines Laserscanners (10), der wenigstens einen Scan der Szene mit einem bestimmten Zentrum (Ci) und mit mehreren Messpunkten (X) erzeugt, wobei die erzeugten Scans mit ihren Messpunkten (X) in einem gemeinsamen Koordinatensystem (XYZ) der Szene registriert werden und die Gesamtheit aller Messpunkte (X) der erzeugten Scans eine dreidimensionale Punktwolke (3DP) bilden, welche visualisiert wird.The invention relates to a method for optically scanning and measuring a scene by means of a laser scanner ( 10 ), which generates at least one scan of the scene with a specific center (C i ) and with several measurement points (X), wherein the generated scans with their measurement points (X) are registered in a common coordinate system (XYZ) of the scene and the totality of all Measuring points (X) of the generated scans a three-dimensional point cloud ( 3DP ), which is visualized.

In der DE 10 2009 015 922 A1 ist ein Verfahren dieser Art beschrieben, bei welchem eine Szene mit mehreren Scans erfasst wird. Hierzu wird der Laserscanner nach einem Scan an einen neuen Standort gebracht, um einen weiteren Scan zu erzeugen. Die erzeugten Scans werden mit ihren Messpunkten in einem gemeinsamen Koordinatensystem registriert, wobei die Gesamtheit der Messpunkte eine dreidimensionale Punktwolke bildet.In the DE 10 2009 015 922 A1 a method of this kind is described in which a scene with multiple scans is detected. For this purpose, the laser scanner is moved to a new location after a scan in order to generate another scan. The generated scans are registered with their measuring points in a common coordinate system, the totality of the measuring points forming a three-dimensional point cloud.

Die Visualisierung dieser dreidimensionalen Punktwolke erfolgt durch eine zweidimensionale Projektion von einem gewählten Blickpunkt aus in einer gewählten Blickrichtung. Üblich ist dabei, einen Teilbereich der dreidimensionalen Punktwolke auszuwählen und an die Graphik-Karte zu übergeben, welche dann selber die zweidimensionalen Projektionen erzeugt. Aufgrund der Größe der dreidimensionalen Punktwolke lässt sich mit zufälligen Blickpunkten und zufälligen Blickrichtungen kein Überblick verschaffen. Zudem sind selbst bei Auswahl eines Teilbereichs der dreidimensionalen Punktwolke immer noch riesige Datenmengen zu bewegen.The visualization of this three-dimensional point cloud takes place by means of a two-dimensional projection from a selected viewpoint in a selected viewing direction. It is customary to select a subarea of the three-dimensional point cloud and transfer it to the graphics card, which then generates the two-dimensional projections itself. Due to the size of the three-dimensional point cloud, it is not possible to get an overview with random points of view and random viewing directions. In addition, even with the selection of a subarea of the three-dimensional point cloud, huge amounts of data still have to be moved.

Die nachveröffentlichten DE 10 2013 110 580 A1 und WO 2015/048048 A1 beschreiben ein Verfahren, bei welchem durch die dreidimensionale Punktwolke eine Trajektorie gelegt wird, an der entlang dem Benutzer ein interaktives Video als Visualisierung geboten wird, mit wählbarere Blickrichtung in die lokale Umgebung und gegebenenfalls Wahlmöglichkeit an Verzweigungspunkten.The post-published DE 10 2013 110 580 A1 and WO 2015/048048 A1 describe a method in which a trajectory is laid through the three-dimensional point cloud, along which an interactive video is presented as visualization along the user, with a more selective view into the local environment and, if appropriate, choice at branching points.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The invention is based on the object to improve a method of the type mentioned. This object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren erreicht durch eine Datenvorverarbeitung der dreidimensionalen Punktwolke eine deutliche Datenreduzierung, ohne dass wesentliche Einschränkungen für den Benutzer bestehen. Die Datenreduzierung erlaubt nicht nur eine schnellere Datenübertragung und Visualisierung der verbliebenen Daten, sondern das erzeugte Video macht es auch möglich, sich einen (aussagekräftigen) Überblick über die dreidimensionale Punktwolke zu verschaffen. Entsprechend hat das Verfahren zwei Intentionen. Einerseits soll das Scanprojekt unterstützt werden, indem Defizite der dreidimensionalen Punktwolke aufgesucht und erkannt werden, wie datenarme oder schwierig zu visualisierende oder fehlerhafte Bereiche, so dass dann noch ergänzende Scans von anderen Standorten aus durchgeführt und Fehler beseitigt werden können. Andererseits soll das Gesamtergebnis des Scanprojekts visualisiert werden, indem möglichst vieles gezeigt wird, insbesondere wichtige und gut erfasste Bereiche.The inventive method achieves a significant data reduction by a data preprocessing of the three-dimensional point cloud, without any significant restrictions for the user. The data reduction not only allows a faster data transfer and visualization of the remaining data, but the generated video also makes it possible to get a (meaningful) overview of the three-dimensional point cloud. Accordingly, the method has two intentions. On the one hand, the scan project is to be supported by finding and recognizing deficits of the three-dimensional point cloud, such as data poor or difficult to visualize or faulty areas, so that additional scans can be performed from other locations and errors can be eliminated. On the other hand, the overall result of the scan project should be visualized by showing as much as possible, in particular important and well-recorded areas.

Für das Video wird eine feste Trajektorie definiert, insbesondere durch Verbinden von Trajektorien-Punkten, welche aus den verschiedenen Zentren gewonnen werden, die der Laserscanner während der verschiedenen Scans eingenommen hat, und aus weiteren ausgezeichneten Punkten, wie Eingängen, Ausgängen und UmrundunUmrundungen von Hindernissen, um Kollisionen der Trajektorie und der Daten zu vermeiden. Schwankungen der Höhe werden reduziert oder eliminiert. Die Bildung von Clustern und die Definition wenigstens eines Fokus für jeden Cluster ermöglicht die Definition bevorzugter Blickrichtungen. Der zugehörige Ausschnitt der lokalen Umgebung ist vorzugsweise an das menschliche Gesichtsfeld angepasst. Die Aneinanderreihung (Abfolge) der Ausschnitte bildet das Video. Die Bewegungsgeschwindigkeit, welche sich aus der Anzahl der den Ausschnitten zugeordneten Zwischenpunkte auf der Trajektorie ergibt, kann dynamisch gewählt werden.For the video, a fixed trajectory is defined, in particular by connecting trajectory points obtained from the various centers occupied by the laser scanner during the various scans and from other excellent points, such as entrances, exits and orbits around obstacles, to avoid collisions of the trajectory and the data. Variations in altitude are reduced or eliminated. The formation of clusters and the definition of at least one focus for each cluster allows the definition of preferred viewing directions. The associated section of the local environment is preferably adapted to the human visual field. The sequence (sequence) of the excerpts forms the video. The speed of movement, which results from the number of intermediate points assigned to the cutouts on the trajectory, can be selected dynamically.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigenIn the following the invention with reference to an embodiment shown in the drawing is explained in more detail. Show it

1 eine perspektivische Ansicht des Laserscanners, 1 a perspective view of the laser scanner,

2 eine schematische Darstellung des Laserscanners im Betrieb, 2 a schematic representation of the laser scanner in operation,

3 eine teilweise schematische Darstellung von Bauteilen des Laserscanners, 3 a partial schematic representation of components of the laser scanner,

4 eine planare Ansicht eines Scans, 4 a planar view of a scan,

5 eine Panoramaansicht eines Scans, 5 a panorama view of a scan,

6 eine schematische Darstellung der Szene mit dreidimensionaler Punktwolke und Trajektorie, 6 a schematic representation of the scene with three-dimensional point cloud and trajectory,

7 eine schematische Darstellung der drei Drehwinkel an einem Trajektorien-Punkt, 7 a schematic representation of the three angles of rotation at a trajectory point,

8 eine Seitenansicht des Laserscanners mit Darstellung der Umgebung eines Trajektorien-Punktes, 8th a side view of the laser scanner showing the surroundings of a trajectory point,

9 ein Flussdiagramm zur Erzeugung eines Videos, 9 a flowchart for generating a video,

10 die Ermittlung einer Trajektorie in einem ersten Schritt, 10 the determination of a trajectory in a first step,

11 die Zuteilung der Trajektorien-Punkte zu Clustern in einem zweiten Schritt, 11 the allocation of trajectory points to clusters in a second step,

12 die Definition eines Fokus in jedem Cluster in einem dritten Schritt, und 12 the definition of a focus in each cluster in a third step, and

13 die Definition eines sichtbaren Ausschnitts der lokalen Umgebung jedes Trajektorien-Punktes in einem vierten Schritt. 13 the definition of a visible section of the local environment of each trajectory point in a fourth step.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine 3D-Koordinaten-Mess-Vorrichtung, die einen Lichtstrahl auf ein Objekt O lenkt, welches entweder ein (kooperatives) Target, beispielsweise ein Rückstrahler, oder ein nicht-kooperatives Target, beispielsweise eine diffus streuende Oberfläche des Objekts O, sein kann. Ein Entfernungsmesser im Gerät misst eine Entfernung zum Objekt O, und Drehwinkelgeber messen die Drehwinkel zweier Achsen im Gerät. Die gemessene Entfernung und die zwei Winkel ermöglichen einem Prozessor im Gerät, die 3D-Koordinaten des Objekts O zu bestimmen. Vorliegend wird derartige Vorrichtung der Fall eines Laserscanners 10 behandelt, aber die Erweiterung zu einem Lasertracker oder zu einer Gesamtstation liegt für den Fachmann auf der Hand.The present invention relates to a 3D coordinate measuring device which directs a light beam onto an object O which is either a (cooperative) target, for example a retro-reflector, or a non-cooperative target, for example a diffusely scattering surface of the object O, can be. A distance meter in the device measures a distance to the object O, and rotary encoders measure the rotation angles of two axes in the device. The measured distance and the two angles allow a processor in the device to determine the 3D coordinates of the object O. In the present case, such a device becomes the case of a laser scanner 10 treated, but the extension to a laser tracker or a total station is obvious to the expert.

Laserscanner werden typischerweise dazu verwendet, geschlossene oder offene Räume, wie zum Beispiel Gebäudeinnenflächen, Industrieanlagen und Tunnels zu erfassen. Laserscanner werden für viele Zwecke, einschließlich Building Information Modeling (BIM), Industrieanalysen, Unfallrekonstruktionsanwendungen, archäologische Studien und forensische Untersuchungen eingesetzt. Ein Laserscanner kann eingesetzt werden, um Objekte in der Umgebung des Laserscanners durch die Erfassung von Datenpunkten, die Objekte innerhalb der Umgebung darstellen, optisch zu erfassen und zu vermessen. Solche Datenpunkte erhält man, indem ein Lichtstrahl auf die Objekte gelenkt und das reflektierte oder gestreute Licht gesammelt wird, um die Entfernung, zwei Winkel (d. h. einen Azimutwinkel und einen Zenitwinkel), und optional einen Grautonwert zu ermitteln. Diese Roh-Scandaten werden gesammelt, gespeichert und an einen oder mehrere Rechner gesendet, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen, das den erfassten Bereich oder das erfasste Objekt darstellt. Zur Erzeugung des Bildes werden mindestens drei Werte für jeden Datenpunkt gesammelt. Diese drei Werte können die Entfernung und zwei Winkel umfassen, oder können umgewandelte Werte wie zum Beispiel x, y, z-Koordinaten sein.Laser scanners are typically used to detect closed or open spaces, such as building interiors, industrial facilities and tunnels. Laser scanners are used for many purposes including Building Information Modeling (BIM), industrial analysis, accident reconstruction applications, archaeological surveys and forensic investigations. A laser scanner can be used to optically detect and measure objects in the laser scanner environment by capturing data points that represent objects within the environment. Such data points are obtained by directing a light beam at the objects and collecting the reflected or scattered light to determine the distance, two angles (i.e., one azimuth angle and one zenith angle), and optionally a gray tone value. This raw scan data is collected, stored and sent to one or more computers to generate a three-dimensional image representing the captured area or object. To generate the image, at least three values are collected for each data point. These three values may include the distance and two angles, or may be converted values such as x, y, z coordinates.

Die Zeichnung zeigt einen Laserscanner 10 zum optischen Abtasten und Vermessen der Umgebung des Laserscanners 10. Der Laserscanner 10 weist einen Messkopf 12 und einen Fuß 14 auf. Der Messkopf 12 ist so auf dem Fuß 14 montiert, dass der Messkopf 12 um eine erste Achse 12a relativ zum Fuß 14 drehbar ist, angetrieben von einem ersten Drehantrieb. Die Drehung um die erste Achse 12a kann um die Mitte des Fußes 14 erfolgen. Der Messkopf 12 weist einen Spiegel 16 auf, welcher sich um eine zweite Achse 16a drehen kann, angetrieben von einem zweiten Drehantrieb. Bezogen auf eine normale, aufrechte Position des Laserscanners 10, kann die erste Achse 12a als Vertikalachse oder Azimutachse bezeichnet werden, und die zweite Achse 16a kann als Horizontalachse oder Zenitachse bezeichnet werden. Der Laserscanner 10 kann einen Kardan-Punkt oder Zentrum C10 aufweist, welcher der Schnittpunkt der ersten Achse 12a und der zweiten Achse 16a ist.The drawing shows a laser scanner 10 for optically scanning and measuring the surroundings of the laser scanner 10 , The laser scanner 10 has a measuring head 12 and a foot 14 on. The measuring head 12 is so on the foot 14 mounted that the measuring head 12 around a first axis 12a relative to the foot 14 is rotatable, driven by a first rotary drive. The rotation about the first axis 12a can be around the middle of the foot 14 respectively. The measuring head 12 has a mirror 16 on which is a second axis 16a can rotate, powered by a second rotary actuator. Relative to a normal, upright position of the laser scanner 10 , may be the first axis 12a be referred to as a vertical axis or azimuth axis, and the second axis 16a can be referred to as a horizontal axis or zenith axis. The laser scanner 10 may have a gimbal point or center C 10 , which is the intersection of the first axis 12a and the second axis 16a is.

Der Messkopf 12 weist ferner einen Sender für elektromagnetische Strahlung, beispielsweise einen Lichtsender 17 auf, der einen Sendelichtstrahl 18 aussendet. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Sendelichtstrahl 18 ein kohärentes Licht wie zum Beispiel ein Laserstrahl. Der Laserstrahl kann eine Wellenlänge im Bereich von ca. 300 bis 1600 nm, beispielsweise 790 nm, 905 nm, 1550 nm, oder weniger als 400 nm aufweisen. Prinzipiell sind aber auch andere elektromagnetische Wellen mit größerer oder kleinerer Wellenlänge verwendbar. Der Sendelichtstrahl 18 kann amplitudenmoduliert oder intensitätsmoduliert sein, beispielweise mit einer sinusförmigen oder rechteckförmigen Wellenform. Alternativ hierzu kann der Sendelichtstrahl 18 auch anderweitig moduliert sein, beispielsweise durch ein Chirpsignal, oder es können kohärente Empfangsmethoden verwendet werden. Der Sendelichtstrahl 18 wird vom Lichtsender 17 auf den Spiegel 16 gegeben, dort umgelenkt und in die Umgebung des Laserscanners 10 ausgesandt.The measuring head 12 further comprises a transmitter for electromagnetic radiation, for example a light emitter 17 on, which has a transmission beam 18 sending out. In the preferred embodiment, the transmitted light beam is 18 a coherent light such as a laser beam. The laser beam may have a wavelength in the range of about 300 to 1600 nm, for example 790 nm, 905 nm, 1550 nm, or less than 400 nm. In principle, however, other electromagnetic waves with a larger or smaller wavelength can be used. The transmitted light beam 18 may be amplitude modulated or intensity modulated, for example with a sinusoidal or rectangular waveform. Alternatively, the transmitted light beam 18 be otherwise modulated, for example, by a chirp signal, or coherent reception methods can be used. The transmitted light beam 18 is from the light emitter 17 on the mirror 16 given, deflected there and in the surroundings of the laser scanner 10 sent.

Ein reflektierter Lichtstrahl, nachfolgend als Empfangslichtstrahl 20 bezeichnet, wird von einem Objekt O in der Umgebung reflektiert. Das reflektierte oder gestreute Licht wird vom Spiegel 16 eingefangen und auf einen Lichtempfänger 25 mit einer Empfangsoptik umgelenkt. Die Richtungen des Sendelichtstrahls 18 und des Empfangslichtstrahls 20 ergeben sich aus den Winkelstellungen des Messkopfes 12 und des Spiegels 16 um die Achse 12a bzw. 16a. Diese Winkelstellungen hängen wiederum von ihren jeweiligen Drehantrieben ab. Der Drehwinkel um die erste Achse 12a wird durch einen ersten Drehwinkelgeber erfasst. Der Drehwinkel um die zweite Achse 16a wird durch einen zweiten Drehwinkelgeber erfasst.A reflected light beam, subsequently as a received light beam 20 is reflected by an object O in the environment. The reflected or scattered light is from the mirror 16 captured and onto a light receiver 25 redirected with a receiving optics. The directions of the transmitted light beam 18 and the receiving light beam 20 arise from the angular positions of the measuring head 12 and the mirror 16 around the axis 12a respectively. 16a , These angular positions in turn depend on their respective rotary actuators. The angle of rotation about the first axis 12a is detected by a first rotary encoder. The angle of rotation around the second axis 16a is detected by a second rotary encoder.

Eine Steuer- und Auswertevorrichtung 22 steht mit dem Lichtsender 17 und dem Lichtempfänger 21 im Messkopf 12 in Datenverbindung, wobei Teile der Steuer- und Auswertevorrichtung 22 auch außerhalb des Messkopfes 12 angeordnet sein können, beispielsweise als ein am Fuß 14 angeschlossener Computer. Die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 ist dazu ausgebildet, für eine Vielzahl von Messpunkten X eine entsprechende Anzahl von Abständen d zwischen dem Laserscanner 10 und den Messpunkten X auf dem Objekt O zu bestimmen. Der Abstand zu einem bestimmten Messpunkt X wird zumindest teilweise bestimmt durch die Laufgeschwindigkeit des Lichts in der Luft, durch die sich die elektromagnetische Strahlung vom Gerät zum Messpunkt X verbreitet. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Phasenverschiebung im modulierten Lichtstrahl 18, 20, der an den Messpunkt X gesendet und von dort empfangen wird, bestimmt und ausgewertet, um eine gemessene Entfernung d zu erhalten.A control and evaluation device 22 stands with the light transmitter 17 and the light receiver 21 in the measuring head 12 in data connection, with parts of the control and evaluation device 22 also outside the measuring head 12 can be arranged, for example as a foot 14 connected computer. The control and evaluation device 22 is designed for a large number of measuring points X a corresponding number of distances d between the laser scanner 10 and the measurement points X on the object O to determine. The distance to a certain measuring point X is at least partially determined by the running speed of the light in the air through which the electromagnetic radiation propagates from the device to the measuring point X. In the preferred embodiment, the phase shift is in the modulated light beam 18 . 20 which is sent to and received from the measurement point X is determined and evaluated to obtain a measured distance d.

Die Lichtgeschwindigkeit in Luft hängt von den Lufteigenschaften wie zum Beispiel Lufttemperatur, Luftdruck, relative Luftfeuchtigkeit und der Kohlendioxidkonzentration ab. Diese Lufteigenschaften beeinflussen den Brechungsindex der Luft. Die Lichtgeschwindigkeit in Luft entspricht der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum geteilt durch den Brechungsindex. Ein Laserscanner der vorliegend beschriebenen Art beruht auf der Lichtlaufzeit in der Luft (der Laufzeit, die das Licht benötigt, um von der Vorrichtung bis zum Objekt und wieder zurück zur Vorrichtung zu gelangen). Eine Methode der Entfernungsmessung auf Grundlage der Lichtlaufzeit (oder der Laufzeit einer anderen elektromagnetischen Strahlungsart) hängt von der Lichtgeschwindigkeit in Luft ab und ist daher leicht von Methoden der Entfernungsmessung mittels Triangulation zu unterscheiden. Bei Methoden auf Grundlage von Triangulation wird Licht von seiner Lichtquelle in eine bestimmte Richtung ausgestrahlt und dann auf einem Kamerapixel in einer bestimmten Richtung aufgefangen. Dadurch, dass die Entfernung zwischen der Kamera und dem Projektor bekannt ist, und dass ein projizierter Winkel mit einem Empfangswinkel abgeglichen wird, ermöglicht die Triangulationsmethode die Bestimmung der Entfernung zum Objekt auf der Grundlage einer bekannten Länge und zweier bekannter Winkel eines Dreiecks. Die Triangulationsmethode hängt daher nicht direkt von der Lichtgeschwindigkeit in Luft ab.The speed of light in air depends on air properties such as air temperature, air pressure, relative humidity and carbon dioxide concentration. These air properties affect the refractive index of the air. The speed of light in air is the speed of light in vacuum divided by the refractive index. A laser scanner of the type described herein is based on the light transit time in the air (the transit time the light takes to travel from the device to the object and back to the device). A method of distance measurement based on the time of flight of light (or the duration of another type of electromagnetic radiation) depends on the speed of light in air and is therefore easily distinguished from triangulation distance measuring methods. In triangulation-based methods, light is emitted from its light source in a particular direction and then captured on a camera pixel in a particular direction. By knowing the distance between the camera and the projector and matching a projected angle with a reception angle, the triangulation method allows the determination of the distance to the object based on a known length and two known angles of a triangle. The triangulation method therefore does not depend directly on the speed of light in air.

Der Messkopf 12 kann eine Anzeigevorrichtung 24 umfassen, die im Laserscanner 10 integriert ist. Zur Anzeigevorrichtung 24 gehört eine Benutzerschnittstelle, die ein grafischer Touchscreen sein kann, wie in der Zeichnung dargestellt. Beispielsweise kann die Anzeigevorrichtung 24 über eine Benutzerschnittstelle verfügen, die es dem Bediener ermöglicht, dem Laserscanner 10 Messinstruktionen zu erteilen, insbesondere die Parameter festzulegen oder den Betrieb des Laserscanners 10 zu starten, und die Anzeigevorrichtung 24 kann auch Messergebnisse anzeigen.The measuring head 12 can be a display device 24 include that in the laser scanner 10 is integrated. To the display device 24 includes a user interface, which may be a graphical touch screen as shown in the drawing. For example, the display device 24 Have a user interface that allows the operator to the laser scanner 10 To give measuring instructions, in particular to set the parameters or the operation of the laser scanner 10 to start, and the display device 24 can also display measurement results.

In einer Ausführungsform findet das Erfassen der Umgebung um den Laserscanner 10 mittels einer schnellen Drehung des Spiegels 16 um die zweite Achse 16a statt, während sich der Messkopf 12 langsam um die erste Achse 12a dreht, wobei sich die Baugruppe spiralförmig bewegt. In einer beispielhaften Ausführung dreht sich der Spiegel 16 mit einer Höchstgeschwindigkeit von 5820 Umdrehungen pro Minute. Ein Scan ist definiert als die Gesamtheit der Messpunkte X einer solchen Messung. Für einen derartigen Scan definiert das Zentrum C10 den Ursprung des lokalen stationären Bezugssystems. In diesem lokalen stationären Bezugssystem ruht der Fuß 14.In one embodiment, detecting the environment around the laser scanner 10 by means of a fast rotation of the mirror 16 around the second axis 16a instead, while the measuring head 12 slowly around the first axis 12a rotates, wherein the assembly moves in a spiral. In an exemplary embodiment, the mirror rotates 16 with a top speed of 5820 revolutions per minute. A scan is defined as the totality of the measurement points X of such a measurement. For such a scan, the center C 10 defines the origin of the local stationary frame of reference. The foot rests in this local stationary frame of reference 14 ,

Zusätzlich zur Distanz d vom Zentrum C10 zu einem Messpunkte X kann der Laserscanner 10 noch einen Graustufenwert in Bezug auf die empfangene optische Leistung erfassen. Der Graustufenwert kann beispielsweise durch Integration des bandpass-gefilterten und verstärkten Signals im Lichtempfänger 21 über eine dem Messpunkte X zugeordnete Messperiode bestimmt werden. Optional können Farbbilder mittels einer Farbkamera 25 erzeugt werden. Mittels dieser Farbbilder können den Messpunkten X noch Farben (R, G, B) als zusätzliche Werte zugeordnet werden.In addition to the distance d from the center C 10 to a measuring point X, the laser scanner 10 still detect a gray level value with respect to the received optical power. The greyscale value can be achieved, for example, by integrating the bandpass-filtered and amplified signal in the light receiver 21 be determined via a measuring period X associated measurement period. Optionally, color images using a color camera 25 be generated. By means of these color images, it is also possible to assign colors (R, G, B) to the measuring points X as additional values.

Vorzugsweise ist der Spiegel 16 planar ausgebildet und auf einem Spiegelträger 16b angeordnet. Der Spiegelträger 16b hat die Grundform eines Zylinders um die zweite Achse 16a, wobei der Zylinder um 45° zur zweiten Achse 16a abgeschnitten ist. Entsprechend ist der Spiegel 16 elliptisch ausgebildet und um 45° zur zweiten Achse 16a (und zugleich um 45° zur ersten Achse 12a) ausgerichtet. Vorzugsweise weist der Lichtempfänger 21 eine Empfangslinse 21a auf, deren optische Achse mit der zweiten Achse 16a fluchtet. Der Durchmesser der Empfangslinse 21a entspricht näherungsweise der kleinen Halbachse des elliptischen Spiegels 16. Der Lichtempfänger 21 weist vorzugsweise auch eine Spiegelanordnung 21b auf, die in Richtung des Empfangslichtstrahls 20 gesehen hinter der Empfangslinse 21a angeordnet ist. Die Spiegelanordnung 21b bildet den Empfangslichtstrahl 20 auf den Detektor 21c ab, der an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 angeschlossen ist.Preferably, the mirror 16 planar and formed on a mirror carrier 16b arranged. The mirror carrier 16b has the basic shape of a cylinder around the second axis 16a , where the cylinder is 45 ° to the second axis 16a is cut off. The mirror is corresponding 16 elliptical and at 45 ° to the second axis 16a (and at the same time at 45 ° to the first axis 12a ). Preferably, the light receiver 21 a reception lens 21a on, whose optical axis with the second axis 16a flees. The diameter of the receiving lens 21a corresponds approximately to the small semiaxis of the elliptical mirror 16 , The light receiver 21 preferably also has a mirror arrangement 21b on, in the direction of the receiving light beam 20 seen behind the reception lens 21a is arranged. The mirror arrangement 21b forms the received light beam 20 on the detector 21c starting at the control and evaluation device 22 connected.

Der Lichtsender 17 weist vorzugsweise eine Laserdiode 17a mit Modulator und Verstärker auf, die an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 angeschlossen ist. Der vom Lichtsender 17 erzeugte Sendelichtstrahl 18 wird mittels einer Umlenkoptik 17b und eines Strahlteilers 17c auf die zweite Achse 16a umgelenkt und gelangt so auf den Spiegel 16. Aufgrund der Umlenkoptik 17b kann der Lichtsender 17 bezüglich der zweiten Achse 16a seitlich zur Empfangslinse 21a angeordnet sein. Aufgrund des Strahlteilers 17c kann auf der optischen Achse der Empfangslinse 21a, also der zweiten Achse 16a, zwischen dem Strahlteiler 17c und der Empfangslinse 21a, die Farbkamera 25 angeordnet sein, beispielsweise in einer Vertiefung der Empfangslinse 21a. Die Funktion des Strahlteilers 17c ist vorzugsweise von Wellenlänge (dichroitisch) und/oder Polarisation und/oder Strahlrichtung abhängig, so dass der Sendelichtstrahl 18 umgelenkt, das Licht für die Farbkamera 25 aber durchgelassen wird. Da die Farbkamera 25 koaxial zum Lichtempfänger 21 angeordnet ist, kann für die Steuerung der Farbkamera 25 die Steuerung des Messkopfes 12 um die erste Achse 12a und die Steuerung des Spiegels 16 um die zweite Achse 16a genutzt werden.The light transmitter 17 preferably has a laser diode 17a with modulator and amplifier connected to the control and evaluation 22 connected. The from the light transmitter 17 generated transmitted light beam 18 is by means of a deflection optics 17b and a beam splitter 17c on the second axis 16a deflected and thus reaches the mirror 16 , Due to the deflection optics 17b can the light transmitter 17 with respect to the second axis 16a laterally to the receiving lens 21a be arranged. Due to the beam splitter 17c can be on the optical axis of the receiving lens 21a that is the second axis 16a , between the beam splitter 17c and the receiving lens 21a , the color camera 25 be arranged, for example in a recess of the receiving lens 21a , The function of the beam splitter 17c is preferably dependent on wavelength (dichroic) and / or polarization and / or beam direction, so that the transmitted light beam 18 redirected the light for the color camera 25 but is allowed through. Because the color camera 25 coaxial to the light receiver 21 can be arranged for the control of the color camera 25 the control of the measuring head 12 around the first axis 12a and the control of the mirror 16 around the second axis 16a be used.

Der Laserscanner 10 hat ein eigenes dreidimensionales Koordinatensystem für die Messpunkte X und damit für den Scan, welches durch die Entfernung d und die Drehwinkel von erster Achse 12a und zweiter Achse 16a definiert ist. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den dreidimensionalen Scan auf eine zweidimensionale Ansicht auf der Anzeigevorrichtung 24 abzubilden. Eine Möglichkeit ist eine planare Ansicht 80, wie sie in 4 gezeigt ist. Unter dem Begriff ”planare Ansicht” soll eine Ansicht eines dreidimensionalen, unverarbeiteten Scans oder Bildes verstanden werden, bei der die aufgenommenen Graustufenwerte (und gegebenenfalls Farbwerte) in Spalten und Zeilen als Pixel angeordnet sind. Entsprechend ergeben sich die beiden Koordinatenachsen in der Zeichenebene aus den beiden Drehwinkeln, die Entfernung d geht in die Tiefe. Durch die kugelförmige Art der Aufnahme des Scans entsprechen die Pixel in der Nähe der Pole einem kleineren Raumwinkel als in der Nähe des Äquators, was zu einer Verzerrung führt. Auch bei der Abbildung eines rechteckigen Gitters auf eine Kugel, beispielsweise bei der Mercator-Projektion, ergibt sich eine Verzerrung. Daher erscheinen tatsächlich gerade Linien, wie beispielsweise das Geländer 81, in der planaren Ansicht 80 gekrümmt. Der Scan kann so verarbeitet werden, dass zu den Pixeln in der planaren Ansicht 80 Informationen über die Koordinaten zur Verfügung gestellt werden. Mittels eines Cursors 82 wird ein Pixel ausgewählt, zu welchem beispielsweise eine Anzeige 83 der Zeilen/Spalten, eine Anzeige 84 der Drehwinkel und eine Anzeige 85 der kartesischen Koordinaten möglich sind. Die planare Ansicht 80 kann mit voller Auflösung oder in reduzierter Auflösung dargestellt sein.The laser scanner 10 has its own three-dimensional coordinate system for the measuring points X and thus for the scan, which is determined by the distance d and the angles of rotation of the first axis 12a and second axis 16a is defined. There are several possibilities, the three-dimensional scan on a two-dimensional view on the display device 24 map. One possibility is a planar view 80 as they are in 4 is shown. The term "planar view" is understood to mean a view of a three-dimensional, unprocessed scan or image in which the recorded greyscale values (and optionally color values) are arranged in columns and rows as pixels. Accordingly, the two coordinate axes in the drawing plane result from the two angles of rotation, the distance d goes into the depth. Due to the spherical nature of the scan, the pixels near the poles correspond to a smaller solid angle than near the equator, resulting in distortion. Even when mapping a rectangular grid onto a sphere, for example in the Mercator projection, a distortion results. Therefore, actually appear straight lines, such as the railing 81 , in planar view 80 curved. The scan can be processed to match the pixels in the planar view 80 Information about the coordinates will be provided. By means of a cursor 82 a pixel is selected, to which, for example, a display 83 the rows / columns, one ad 84 the angle of rotation and a display 85 Cartesian coordinates are possible. The planar view 80 can be displayed at full resolution or in reduced resolution.

Um die Verzerrung zu beseitigen, kann eine Korrektur vorgenommen werden, um einen linearen Zusammenhang zwischen Teilflächen der zweidimensionalen Ansicht einerseits und Raumwinkeln im dreidimensionalen Scan andererseits zu erzeugen, wofür die dreidimensionalen Daten auf eine Kugel oder einen Zylinder projiziert werden. Das Ergebnis ist eine Panoramaansicht 90, wie sie in 5 gezeigt ist. Die Panoramaansicht 90 ist die zweidimensionale Ansicht des dreidimensionalen Scans aus einer bestimmten Perspektive. Es ergibt sich ein ähnlicher Eindruck wie beim menschlichen Auge oder einer zweidimensionalen Kamera. Die Panoramaansicht 90 kann hinsichtlich der Winkelbereiche auf einen bestimmten Ausschnitt beschränkt sein, beispielsweise entsprechend dem menschlichen Gesichtsfeld. Durch geeignete Verarbeitung des Scans können zu den Pixeln in der Panoramaansicht 90 Informationen über die Koordinaten zur Verfügung gestellt werden.In order to eliminate the distortion, a correction can be made to produce a linear relationship between partial areas of the two-dimensional view on the one hand and solid angles in the three-dimensional scan on the other hand, for which the three-dimensional data is projected onto a sphere or a cylinder. The result is a panorama view 90 as they are in 5 is shown. The panorama view 90 is the two-dimensional view of the three-dimensional scan from a particular perspective. It gives a similar impression as in the human eye or a two-dimensional camera. The panorama view 90 may be limited in terms of angular ranges to a particular section, for example, according to the human field of view. By properly processing the scan can be to the pixels in the panorama view 90 Information about the coordinates will be provided.

Der Begriff ”Panoramaansicht” soll sich auf Darstellungen beziehen, bei denen (für die Blickrichtung eines Betrachters) eine Winkelbewegung um einen festen Punkt im Raum möglich ist, insbesondere wenn nur ein Ausschnitt dargestellt ist, hingegen eine Translation im Raum nicht vorgesehen ist. Bei einer vollständigen SD-Darstellung wären (für den Betrachter) Winkelbewegungen und eine Translation im Raum von Punkt zu Punkt möglich. Sowohl die Panoramaansicht als auch die 3D-Darstellung sind üblicherweise das Ergebnis einer Darstellung zweidimensionaler Bilder aus verschiedenen Blickrichtungen, die in Kombination für den Betrachter einen 3D-Effekt mit dem Eindruck von Tiefe erzeugen. Wenn eine derartige Kombination entlang eines Pfades gezeigt wird, entsteht der Eindruck einer 3D-Darstellung. Wenn eine derartige Kombination als Rotation gezeigt wird, entsteht der Eindruck einer Panoramaansicht. Vorsorglich sei darauf hingewiesen, dass der Begriff ”zweidimensionale Bilder” unterschiedliche (aber zusammenhängende) Bedeutungen haben kann. Im einfachsten Fall handelt es sich um Bilder einer Kamera oder eines Auges. Es kann sich aber auch um Projektionen einer dreidimensionalen Punktwolke 3DP handeln. Die zweidimensionalen Bilder können auch bearbeitet sein.The term "panoramic view" is intended to refer to representations in which (for the viewing direction of a viewer) an angular movement about a fixed point in space is possible, especially if only a section is shown, however, a translation in space is not provided. Full SD rendering would allow (for the viewer) angular movement and translation in space from point to point. Both the panorama view and the 3D representation are usually the result of displaying two-dimensional images from different perspectives, which in combination create a 3D effect with the impression of depth for the viewer. When such a combination is shown along a path, it gives the impression of a 3D representation. When such a combination is shown as a rotation, the impression of a panoramic view is created. As a precaution, it should be noted that the term "two-dimensional images" may have different (but related) meanings. In the simplest case, these are images of a camera or an eye. But it can also be projections of a three-dimensional point cloud 3DP act. The two-dimensional images can also be edited.

Um eine Szene aus verschiedenen Richtungen oder einen ausgedehnten Raum erfassen zu können, werden mehrere Scans von unterschiedlichen Standorten (entsprechend einer Menge unterschiedlicher Zentren Ci) aus erzeugt und danach registriert in einem gemeinsamen Koordinatensystem XYZ der Szene. Der Laserscanner 10 hat dafür seinen Standort zu wechseln, womit dann jeweils das Zentrum C10 des Laserscanners 10 innerhalb des gemeinsamen Koordinatensystems XYZ bewegt wird zu einem neuem Zentrum Ci aus besagter Menge. Um den Standort einfach wechseln zu können, ist der Laserscanner 10 vorzugsweise auf einem Trolley montiert, wie er in der DE 10 2010 033 561 B3 beschrieben ist, so dass der Laserscanner 10 von einem Standort mit einem Zentrum Ci zum anderen Standort mit einem neuen Zentrum Ci gefahren werden kann und zugleich die Relativposition der Zentren Ci erfasst wird. Alternativ ist der Laserscanner 10 auf einem Dreibein montiert. Wenn alle Scans im gemeinsamen Koordinatensystem XYZ der Szene registriert sind, bildet die Gesamtheit aller Messpunkte X aller Scans eine dreidimensionale Punktwolke 3DP.In order to capture a scene from different directions or an extended space, multiple scans are generated from different locations (corresponding to a set of different centers C i ) and then registered in a common coordinate system XYZ of the scene. The laser scanner 10 it has to change its location, which then each center C 10 of the laser scanner 10 is moved within the common coordinate system XYZ to a new center C i from said set. To change the location easily, is the laser scanner 10 preferably mounted on a trolley, as in the DE 10 2010 033 561 B3 is described, so that the laser scanner 10 from a location with a center C i to the other location with a new center C i can be driven and at the same time the relative position of the centers C i is detected. Alternatively, the laser scanner 10 mounted on a tripod. When all scans are registered in the XYZ common coordinate system of the scene, the set of all measurement points X of all scans forms a three-dimensional point cloud 3DP ,

Abstrakt betrachtet, besteht die Registrierung aus einem ersten Schritt, einen ersten Scan aufzunehmen, d. h. eine erste Gesamtheit von Messpunkten X mit dreidimensionalen Koordinaten in einem ersten Bezugssystem mit einem ersten Zentrum, aus einem zweiten Schritt, einen zweiten Scan aufzunehmen, d. h. eine zweite Gesamtheit von Messpunkten X mit dreidimensionalen Koordinaten in einem zweiten Bezugssystem mit einem vom ersten Zentrum verschiedenen zweiten Zentrum, und aus einem dritten Schritt, die beiden Scans, d. h. die beiden Gesamtheiten von Messpunkten X, in ein gemeinsames Bezugssystem, nämlich in das gemeinsame Koordinatensystem XYZ der Szene, zu bringen, wofür sich bei wenigstens einer Gesamtheit von Messpunkten X die dreidimensionalen Koordinaten ändern.In abstract terms, the registration consists of a first step to take a first scan, d. H. a first set of measurement points X with three-dimensional coordinates in a first frame of reference with a first center, from a second step to capture a second scan, d. H. a second set of measurement points X with three-dimensional coordinates in a second frame of reference with a second center different from the first center, and a third step, the two scans, d. H. bring the two sets of measurement points X, in a common frame of reference, namely in the common coordinate system XYZ the scene, for which change the three-dimensional coordinates at least a total of measuring points X.

Um die dreidimensionale Punktwolke 3DP zu visualisieren, wird erfindungsgemäß eine Trajektorie T durch die Szene im Koordinatensystem XYZ gelegt. Von den theoretisch unendlich dicht liegenden Punkten der Trajektorie T werden mehrere Trajektorien-Punkte TP ausgewählt, welche (geringfügig) voneinander beabstandet sind. Zu jedem der Trajektorien-Punkte TP wird die lokale Umgebung αβγ ermittelt, d. h. vom entsprechenden Trajektorien-Punkt TP aus ein lokaler Blick in die dreidimensionale Punktwolke 3DP. Die lokale Umgebung αβγ soll auf der Anzeigevorrichtung 24 gezeigt werden, vorzugsweise in einer Panoramaansicht, wie sie oben beschrieben ist. In Hinblick darauf werden vorzugsweise die Lücken zwischen den nächstliegenden Messpunkten X aus der dreidimensionalen Punktwolke 3DP gefüllt, d. h. Flächen definiert, wie es beispielsweise in der DE 10 2010 020 925 A1 beschrieben ist. Im bevorzugten Grenzfall sind die Trajektorien-Punkte TP entsprechend der verwendeten Auflösung dicht aneinander gereiht, d. h. die Trajektorie T besteht nur aus Trajektorien-Punkten TP.Around the three-dimensional point cloud 3DP to visualize, according to the invention, a trajectory T is placed through the scene in the coordinate system XYZ. Of the theoretically infinite points of the trajectory T, several trajectory points TP are selected which are (slightly) spaced apart. The local environment αβγ is determined for each of the trajectory points TP, ie a local view of the three-dimensional point cloud from the corresponding trajectory point TP 3DP , The local environment αβγ should be on the display device 24 are shown, preferably in a panoramic view, as described above. In view of this, preferably, the gaps between the nearest measurement points X from the three-dimensional point cloud 3DP filled, ie surfaces defined, as for example in the DE 10 2010 020 925 A1 is described. In the preferred limit case, the trajectory points TP are arranged close to each other according to the resolution used, ie the trajectory T consists only of trajectory points TP.

Das jeweilige Koordinatensystem für die lokale Umgebung αβγ jedes Trajektorien-Punktes TP wird vorzugsweise mit drei (Dreh-)Winkeln um drei Achsen X', Y', Z' eines lokalen Koordinatensystems X'Y'Z' definiert. Der Rollwinkel (roll) β beschreibt eine Drehung um eine Achse X', welche der Tangente an die Trajektorie T entspricht. Der Nickwinkel (pitch) γ beschreibt eine Drehung um die Querachse Y'. Der Gierwinkel (yaw) α beschreibt eine Drehung um die (vertikale) Achse Z'. Im einfachsten Fall wird der Rollwinkel β = 0° betragen, und die beiden anderen Winkel α, γ werden sich aus der Trajektorie T ergeben, d. h. deren Ableitungen im Koordinatensystem XYZ. Dabei wird in der Regel die Trajektorie T bezüglich der Z-Achse auf der gleichen Höhe wie die Zentren Ci verlaufen, so dass der Nickwinkel γ im einfachsten Fall ebenfalls 0° beträgt.The respective coordinate system for the local environment αβγ of each trajectory point TP is preferably defined with three (rotational) angles about three axes X ', Y', Z 'of a local coordinate system X'Y'Z'. The roll angle β describes a rotation about an axis X ', which corresponds to the tangent to the trajectory T. The pitch angle γ describes a rotation about the transverse axis Y '. The yaw angle (yaw) α describes a rotation about the (vertical) axis Z '. In the simplest case, the roll angle will be β = 0 °, and the other two angles α, γ will result from the trajectory T, ie their derivatives in the coordinate system XYZ. In this case, as a rule, the trajectory T with respect to the Z axis will run at the same height as the centers C i , so that the pitch angle γ in the simplest case is also 0 °.

Zur Visualisierung der dreidimensionalen Punktwolke 3DP werden die Trajektorien-Punkte TP nacheinander angefahren, und die Anzeigevorrichtung 24 zeigt zu jedem momentanen Trajektorien-Punkt TP (also dem Blickpunkt) die lokale Umgebung αβγ. Die von der Anzeigevorrichtung 24 gezeigte Umgebung kann beispielsweise eine komplette Panoramaansicht sein, indem alles entsprechend einer Rundumkamera gezeigt wird. Vorzugsweise zeigt aber die Anzeigevorrichtung 24 die lokale Umgebung αβγ nur ausschnittsweise, nämlich vorzugsweise auf das menschliche Gesichtsfeld beschränkt, d. h. einen Winkelbereich des Gierwinkels α von etwa 180° und einen Winkelbereich des Nickwinkels γ von etwa 120°. Es sind auch Weitwinkel- oder Fischaugen-Ansichten wählbar.To visualize the three-dimensional point cloud 3DP the trajectory points TP are approached one after the other, and the display device 24 shows for each current trajectory point TP (ie the viewpoint) the local environment αβγ. The of the display device 24 For example, the environment shown may be a complete panorama view by showing everything according to a wrap-around camera. Preferably, however, the display device shows 24 the local environment αβγ only partially, namely preferably limited to the human visual field, ie an angular range of the yaw angle α of about 180 ° and an angular range of the pitch angle γ of about 120 °. There are also wide-angle or fish-eye views selectable.

Grundsätzlich wäre es möglich, für die Visualisierung die Trajektorie T durch die dreidimensionale Punktwolke 3DP frei zu wählen und zusätzlich auf der Anzeigevorrichtung 24 die verwendete Blickrichtung in die lokale Umgebung αβγ (und gegebenenfalls den angezeigten Ausschnitt) zu ändern. Für etliche Anwendungen genügt eine vereinfachte Visualisierung der dreidimensionalen Punktwolke 3DP. Diese vereinfachte Visualisierung ohne Interaktionen (insbesondere ohne Definitionsmöglichkeiten der Trajektorie T, ohne Verzweigungen, ohne Änderungen der Anzeige der lokalen Umgebung αβγ und ohne interaktive Elemente) sei als Video bezeichnet und wird automatisch erzeugt. Die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 weist einen geeigneten Video-Generator auf.Basically, it would be possible for the visualization the trajectory T through the three-dimensional point cloud 3DP free to choose and in addition on the display device 24 to change the used viewing direction into the local environment αβγ (and, if applicable, the displayed section). For a number of applications, a simplified visualization of the three-dimensional point cloud is sufficient 3DP , This simplified visualization without interactions (in particular without definition possibilities of the trajectory T, without branches, without changes in the display of the local environment αβγ and without interactive elements) is referred to as video and is generated automatically. The control and evaluation device 22 has a suitable video generator.

Die Trajektorie T des Videos liegt im Koordinatensystem XYZ auf einer konstanten oder sich allenfalls leicht ändernden Höhe und weist nur in den beiden anderen (lateralen) Koordinaten größere Änderungen auf, was die automatische Erzeugung des Videos vereinfacht und ”Achterbahnfahrten” vermeidet. Diese Voraussetzung ist beispielsweise in Gebäuden gegeben, bei denen die Scans im gleichen Stockwerk erzeugt wurden, auch dann, wenn Kabelbrücken, Schlauchbrücken, Schwellen oder sonstige Rampen mit geringem Höhenunterschied vorhanden sind.The trajectory T of the video is in the coordinate system XYZ at a constant or at best slightly changing altitude and has only in the other two (lateral) coordinates greater changes, which simplifies the automatic generation of the video and "roller coaster rides" avoids. This requirement is met, for example, in buildings where the scans were created on the same floor, even if there are cable bridges, hose bridges, sleepers or other low-height ramps.

In einem ersten Schritt 101 wird die Trajektorie T des Videos und mehrere Trajektorienpunkte TP auf ihr definiert. Vorzugsweise beginnt dieser erste Schritt 101 mit verschiedenen Teilschritten, in denen als erstes ausgezeichnete Punkte, die wenigstens näherungsweise auf der Trajektorie T liegen sollen, und deren Abfolge definiert werden.In a first step 101 the trajectory T of the video and several trajectory points TP are defined on it. Preferably, this first step begins 101 with different sub-steps, in which first excellent points, the at least approximately on the trajectory T, and whose sequence are defined.

Ausgegangen wird von der Gesamtheit der Zentren Ci (i = 1, ... n) der Scans., welche ausgezeichnete Punkte bilden, die möglichst alle – wenigstens näherungsweise – auf der Trajektorie T liegen sollen. Hinzu kommen gegebenenfalls weitere ausgezeichnete Punkte, beispielsweise Türen oder Fenster, damit die Trajektorie T nicht durch Wände führt, oder Umgehungswege für Hindernisse oder sonstige Punkte von Interesse, an denen die Trajektorie T vorbeiführen soll. Diese weiteren ausgezeichneten Punkte können vom Benutzer definiert oder automatisch aus den Daten berechnet sein.The starting point is the totality of the centers C i (i = 1,... N) of the scans., Which form excellent points which should as far as possible lie on the trajectory T, at least approximately. In addition, there may be other excellent points, such as doors or windows, so that the trajectory T does not pass through walls, or bypass paths for obstacles or other points of interest at which the trajectory T should pass. These other awarded points may be user defined or automatically calculated from the data.

Unter dieser Gesamtheit der Zentren Ci und den weiteren ausgezeichneten Punkten ist eine Abfolge für den Verlauf der Trajektorie T zu definieren. Die Abfolge der ausgezeichneten Punkte kann durch Sortierkriterien automatisch bestimmt werden, wobei die Sortierkriterien vorzugsweise hierarchisch geordnet sind. Solche Sortierkriterien sind beispielsweise die grobe räumliche Entfernung, so dass nach Gebäuden sortiert wird, die Höhe, so dass (innerhalb des Gebäudes) nach Stockwerken sortiert wird, die Nummer des Laserscanners, falls mit mehreren Laserscannern gearbeitet wird, und schließlich, wenn nach den vorgenannten Sortierkriterien vorzugsweise vorsortiert ist, die zeitliche Abfolge der Scans (oder deren Umkehrung) und/oder die räumliche Nähe der ausgezeichneten Punkte. Prinzipiell würde das letztgenannte Sortierkriterium ausreichen, aber mit der Verwendung mehrerer Sortierkriterien wird später ein ”unnatürlicher” Verlauf der Trajektorie T vermieden. Zudem werden die ausgezeichneten Punkte bestimmten Clustern zugeteilt, welche mit den später genannten Clustern G', G° übereinstimmen können. Zu den Sortierkriterien gehören bestimmte Schwellwerte, mittels derer über die Zuteilung zu den Clustern entschieden wird. Die drei Koordinaten im Koordinatensystem XYZ können unterschiedlich behandelt werden. So ist es für eine Sortierung nach Gebäuden die laterale Entfernung wichtiger als der Höhenunterschied und für die Sortierung nach dem Stockwerk die Koordinaten in z-Richtung höher zu gewichten. Es ist auch möglich, für die Abfolge der ausgezeichneten Punkte anhand einer Optimierung zu definieren, insbesondere den Ansatz nach dem ”Traveling Salesman Problem” zu verwenden.From this set of centers C i and the other points of excellence, a sequence for the course of the trajectory T is to be defined. The sequence of the points awarded can be determined automatically by sorting criteria, the sorting criteria preferably being hierarchically ordered. Such sorting criteria are, for example, the coarse spatial distance, so that sorted by buildings, the height so that (inside the building) is sorted by floors, the number of the laser scanner, if working with several laser scanners, and finally, if after the above Sorting criteria is preferably pre-sorted, the timing of the scans (or their inversion) and / or the spatial proximity of the awarded points. In principle, the latter sorting criterion would be sufficient, but with the use of several sorting criteria, an "unnatural" course of the trajectory T is later avoided. In addition, the awarded points are assigned to certain clusters, which may coincide with the clusters G ', G ° mentioned later. The sort criteria include certain thresholds by which the allocation to the clusters is decided. The three coordinates in the coordinate system XYZ can be treated differently. Thus, for a sorting according to buildings, the lateral distance is more important than the height difference, and for the sorting on the floor, the coordinates in the z-direction are to be weighted higher. It is also possible to define for the sequence of points awarded by means of an optimization, in particular to use the approach to the "traveling salesman problem".

Eine Möglichkeit ist es, die Trajektorie T als Spline (Polynomzug) durch die vorhandenen ausgezeichneten Punkte in der besagten Abfolge zu definieren. Die ausgezeichneten Punkte werden so jeweils zu Trajektorien-Punkten TP. In niedrigster Ordnung verbindet die Trajektorie T in direkter Linie die Trajektorien-Punkten TP mit ihren exakten Koordinaten, so dass die Trajektorie T eckig wirkt. Mit den höheren Ordnungen wird die Trajektorie T glatter.One possibility is to define the trajectory T as a spline (polynomial) through the existing points of excellence in the said sequence. The awarded points thus become trajectory points TP. In the lowest order, the trajectory T directly connects the trajectory points TP with their exact coordinates, so that the trajectory is T angular. With the higher orders, the trajectory T becomes smoother.

Eine weitere Möglichkeit ist es, die Trajektorie T als approximierte Verbindung der ausgezeichneten Punkte zu definieren, d. h. einer, mehrere oder alle ausgezeichneten Punkten definieren näherungsweise die zugeordneten Trajektorien-Punkte TP auf der Trajektorie T, indem sie etwas verschoben werden. Ein Beispiel wäre die Verwendung kleinster Abstandsquadrate. Ein weiteres Beispiel wäre es, von den ausgezeichneten Punkten einzelne oder mehrere Koordinaten nur näherungsweise für den zugeordneten Trajektorien-Punkt TP zu übernehmen, und dann die Trajektorie T als Spline durch die Trajektorien-Punkte TP (mit den approximierten Koordinaten) zu legen.Another possibility is to define the trajectory T as the approximate connection of the points awarded; H. One, several, or all of the designated points approximately define the associated trajectory points TP on the trajectory T by shifting them slightly. An example would be the use of least squares. Another example would be to take single or multiple coordinates of the distinguished points only approximately for the associated trajectory point TP, and then place the trajectory T as a spline through the trajectory points TP (with the approximated coordinates).

Beispielsweise können von den jeweils drei Koordinaten der ausgezeichneten Punkte, insbesondere der Zentren Ci, im Koordinatensystem XYZ, die tatsächlichen Höhen schwächer gewichtet und die sich hieraus ergebenden Höhen als approximierte Koordinaten für die zugeordneten Trajektorien-Punkte TP übernommen werden. Hierzu kann beispielsweise eine mittlere Höhe aller Zentren Ci ermittelt werden und die jeweiligen Abweichungen hierzu reduziert werden, beispielsweise mit einem bestimmten Faktor, so dass nur geringe Schwankungen der Höhe auftreten. Hinsichtlich der beiden lateralen Koordinaten im Koordinatensystem XYZ stimmen die Trajektorien-Punkte TP mit den zugeordneten ausgezeichneten Punkten überein.For example, of the three coordinates of the excellent points, in particular of the centers C i , in the coordinate system XYZ, the actual heights can be weighted less and the resulting heights can be adopted as approximated coordinates for the assigned trajectory points TP. For this purpose, for example, a mean height of all centers C i can be determined and the respective deviations can be reduced for this purpose, for example with a certain factor, so that only slight fluctuations of the height occur. With regard to the two lateral coordinates in the coordinate system XYZ, the trajectory points TP coincide with the assigned excellent points.

Die Trajektorien-Punkte TP haben entlang der Trajektorie T vorzugsweise möglichst ähnliche Abstände zueinander. Für die nachfolgenden Schritte sind dann bessere Ergebnisse zu erwarten. Gegebenenfalls werden daher auf der Trajektorie T noch zusätzliche Trajektorien-Punkte TP zwischen den bisher schon vorhandenen Trajektorien-Punkten TP definiert.The trajectory points TP preferably have distances as closely as possible along the trajectory T. For the following steps better results are expected. If necessary, therefore, additional trajectory points TP between the already existing trajectory points TP are defined on the trajectory T.

In einem zweiten Schritt 102 werden die Trajektorien-Punkte TP nun Clustern G', G° zugeteilt, wobei jeder Cluster G', G° eine Abfolge von Trajektorien-Punkten TP darstellt und daher einen Anfangspunkt und einen Endpunkt aufweist. Hierzu wird für jeden Trajektorien-Punkt TP eine Krümmung der Trajektorie T bestimmt. Je nach Differenzierbarkeit der Trajektorie T kann auch eine Ersatzgröße bestimmt werden, beispielsweise im Falle eines Polygonzuges der jeweilige Winkel zwischen den beiden Kanten vor und hinter dem Trajektorien-Punkt TP. Liegt die Krümmung bei einem Trajektorien-Punkt TP betragsmäßig unterhalb eines bestimmten Schwellwertes, gehört dieser Trajektorien-Punkt TP mit seinen beiden Nachbarn (davor und dahinter) zu einem ”geraden” (straight) Cluster G' (strich-punktiert in 11). Liegen die Krümmungen bei wenigstens zwei aufeinander folgenden Trajektorien-Punkten TP betragsmäßig jeweils oberhalb des bestimmten Schwellwertes und haben das gleiche Vorzeichen, gehören diese wenigstens zwei Trajektorien-Punkte TP zu einem ”ausgedehnten” (spacious) Cluster G° (gestrichelt in 11). Soweit bereits im ersten Schritt 101 in Vorarbeit (größere) Cluster gebildet wurden, werden diese übernommen und gegebenenfalls weiter unterteilt.In a second step 102 the trajectory points TP are now assigned to clusters G ', G °, where each cluster G', G ° represents a sequence of trajectory points TP and therefore has a start point and an end point. For this purpose, a curvature of the trajectory T is determined for each trajectory point TP. Depending on the differentiability of the trajectory T, a substitute variable can also be determined, for example, in the case of a polygon, the respective angle between the two edges in front of and behind the trajectory point TP. If the curvature at a trajectory point TP lies below a certain threshold in absolute value, this trajectory point TP with its two neighbors (before and behind it) belongs to a "straight" cluster G '(dash-dotted in FIG 11 ). If the bends are at least two successive trajectory points TP amount in each case above the specified threshold value and have the same sign, these include at least two trajectory points TP to an "extended" cluster G ° (dashed in 11 ). So far in the first step 101 in preparation (larger) clusters were formed, these are taken over and, if necessary, subdivided further.

Steigt die Krümmung von einem vorhergehenden Trajektorien-Punkt TP auf den nachfolgenden Trajektorien-Punkt TP über den Schwellwert, bildet dieser nachfolgende Trajektorien-Punkt TP den Endpunkt eines ”geraden” Clusters G'. Sinkt die Krümmung von einem vorhergehenden Trajektorien-Punkt TP auf den nachfolgenden Trajektorien-Punkt TP unter den Schwellwert, bildet dieser vorhergehende Trajektorien-Punkt TP den Anfangspunkt eines ”geraden” Clusters G'. Liegen die Krümmungen von einem vorhergehenden Trajektorien-Punkt TP auf den nachfolgenden Trajektorien-Punkt TP betragsmäßig jeweils oberhalb eines bestimmten Schwellwertes und wechselt dabei das Vorzeichen, bildet dieser nachfolgende Trajektorien-Punkt TP den Endpunkt eines ”ausgedehnten” Clusters G°. Der Anfangspunkt der Trajektorie T hat den gleichen Winkel wie der zweite Trajektorien-Punkt TP. Jeder Endpunkt eines Clusters bildet zugleich den Anfangspunkt des nächsten Clusters. Gegebenenfalls sind diese Cluster ”gerade” Cluster G' mit nur zwei Trajektorien-Punkten TP. Im Ergebnis gehört jeder Trajektorien-Punkt TP wenigstens einem Cluster G', G° an, und aufeinanderfolgende Cluster G', G° überlappen in jeweils genau einem Trajektorien-Punkt TP.If the curvature of a previous trajectory point TP on the subsequent trajectory point TP exceeds the threshold value, this trajectory point subsequent TP forms the end point of a "straight" cluster G '. If the curvature drops from a previous trajectory point TP to the following trajectory point TP below the threshold value, this preceding trajectory point TP forms the starting point of a "straight" cluster G '. If the curvatures of a preceding trajectory point TP on the subsequent trajectory point TP are each above a certain threshold value and change the sign, this subsequent trajectory point TP forms the end point of an "extended" cluster G °. The starting point of the trajectory T has the same angle as the second trajectory point TP. Each endpoint of a cluster also forms the starting point of the next cluster. Optionally, these clusters are "straight" clusters G 'with only two trajectory points TP. As a result, each trajectory point TP belongs to at least one cluster G ', G °, and successive clusters G', G ° each overlap exactly one trajectory point TP.

Anstelle der Zuordnung mittels der Krümmung der Trajektorie T können auch andere Kriterien verwendet werden. Ebenso sind noch andere Typen von Clustern denkbar, beispielsweise mit weit auseinander liegenden Trajektorien-Punkten TP, oder außerhalb oder innerhalb eines Gebäudes.Instead of the assignment by means of the curvature of the trajectory T, other criteria can also be used. Likewise, other types of clusters are conceivable, for example with widely spaced trajectory points TP, or outside or inside a building.

In einem dritten Schritt 103 wird für jeden Cluster G', G° ein Fokus F definiert. Für jeden ”ausgedehnten” Cluster G° ist der Fokus F vorzugsweise der Schwerpunkt des Clusters G°, d. h. ein Mittelwert aller im Cluster G° enthaltenen Trajektorien-Punkte TP. Für jeden ”geraden” Cluster G' ist der Fokus F vorzugsweise der Endpunkt des Clusters G'. Es sind jeweils andere Definitionen des Fokus F möglich. Es ist auch möglich, dass ein oder mehre Cluster G', G° mehr als einen Fokus F haben. Als Fokus F eignen sich beispielsweise Bereiche der dreidimensionalen Punktewolke 3DP mit besonders geringer Punktdichte oder nicht-geschlossener Oberfläche, wenn dort ergänzende Scans erfolgen sollen, mit besonders hoher Punktdichte, wenn Präsentationen erfolgen sollen, oder mit Defekten in der dreidimensionalen Punktwolke 3DP, wenn Registrierungs- oder Aufnahmefehler gefunden werden sollen. Als Fokus F kann auch ein Objekt O, genauer gesagt ein zentzraler Punkt desselben, dienen. Auch eine Definition durch den Benutzer ist denkbar.In a third step 103 For each cluster G ', G ° a focus F is defined. For each "extended" cluster G °, the focus F is preferably the center of gravity of the cluster G °, ie an average of all the trajectory points TP contained in the cluster G °. For each "even" cluster G ', the focus F is preferably the end point of the cluster G'. In each case different definitions of the focus F are possible. It is also possible that one or more clusters G ', G ° have more than one focus F. For example, areas of the three-dimensional point cloud are suitable as the focus F. 3DP with particularly low dot density or non-closed surface if supplementary scans are to be done there, with particularly high density of dots when presentations are to be made, or with defects in the three-dimensional point cloud 3DP to detect registration or record errors. The focus F can also be an object O, more precisely a centeral point thereof. A definition by the user is conceivable.

In einem vierten Schritt 104 wird der sichtbare Ausschnitt der lokalen Umgebung αβγ für die vorgegebenen Punkte auf der Trajektorie T definiert, also für die im ersten Schritt 101 definierten Trajektorien-Punkte TP und für Zwischenpunkte, die spätestens jetzt definiert werden.In a fourth step 104 the visible section of the local environment αβγ is defined for the given points on the trajectory T, ie for the first step 101 defined trajectory points TP and for intermediate points, which are defined now.

Wie die Trajektorien-Punkte TP, ist jeder Zwischenpunkt durch eine Position im dreidimensionale Koordinatensystem XYZ definiert. Zugleich liegt jeder Zwischenpunkt auf der Trajektorie T jeweils zwischen zwei Tranjektorien-Punkten TP. Es werden so viele Zwischenpunkte definiert, dass später wenigstens fünfundzwanzig pro Sekunde angefahren werden können. Die Zwischenpunkte können gleichmäßig entlang der Trajektorie T verteilt sein, oder in Abhängigkeit von Bahnparametern der Trajektorie T (beispielsweise eine hohe Dichte von Zwischenpunkten, wenn die Trajektorie T kurvig ist, und eine geringere Dichte von Zwischenpunkten, wenn die Trajektorie T gerade ist), oder in Abhängigkeit der Daten (beispielsweise eine hohe Dichte von Zwischenpunkten, wenn die dreidimensionale Punktwolke nah am momentanen Trajektorien-Punkt TP ist, und eine geringere Dichte von Zwischenpunkten, wenn sie weiter weg ist). Die Zwischenpunkte werden vorzugsweise so ausgewählt, dass das spätere Abfahren der Trajektorie T als möglichst ”angenehm” empfunden wird. Dies wird beispielsweise erreicht, indem Änderungen der Dichte der Zwischenpunkte oder allgemein der Geschwindigkeit entlang der Trajektorie T stetig erfolgen, ebenso Änderungen von Blickrichtungen.Like the trajectory points TP, each intermediate point is defined by a position in the three-dimensional coordinate system XYZ. At the same time, each intermediate point on the trajectory T lies between two tranjectory points TP. So many intermediate points are defined that later at least twenty-five per second can be approached. The intermediate points can be distributed uniformly along the trajectory T, or depending on trajectory parameters of the trajectory T (for example, a high density of intermediate points if the trajectory T is curved, and a lower density of intermediate points if the trajectory T is even), or depending on the data (for example, a high density of intermediate points if the three-dimensional point cloud is close to the current trajectory point TP, and a lower density of intermediate points if it is farther away). The intermediate points are preferably selected so that the later traversing of the trajectory T is perceived as "pleasant" as possible. This is achieved, for example, by making changes in the density of the intermediate points or, in general, the speed along the trajectory T continuous, as well as changes in viewing directions.

Um den besagten Ausschnitt der lokalen Umgebung αβγ zu definieren, ist den vorgegebenen Punkten jeweils eine bevorzugte Blickrichtung zugeordnet. Innerhalb jedes Clusters G', G° wird wenigstens der Gierwinkel α so gewählt, dass in der Regel die Blickrichtung (angedeutet durch Pfeile in 13) zum Fokus F des Clusters G', G° hin eingestellt ist, unabhängig vom Verlauf der Trajektorie T. Am Startpunkt des Clusters G', G° ist die Blickrichtung vorzugsweise zum Fokus F des Clusters G', G° hin. Zwischen dem vorletzten Trajektorien-Punkt TP des Clusters G', G° und dem Endpunkt des Clusters G', G° kann die Blickrichtung beispielsweise zum Endpunkt des Clusters G', G° hin, während am Endpunkt des Clusters G', G°, der ja zugleich der Anfangspunkt des nächsten Clusters G', G° ist, die Blickrichtung vorzugsweise zum Fokus F dieses nächsten Clusters G', G° geht. Ist eine neue Blickrichtung einzustellen, erfolgt dies vorzugsweise zwischen dem vorhergehenden Trajektorien-Punkt TP und demjenigen mit der neuen Blickrichtung, und zwar vorzugsweise nicht schneller als die durchschnittliche Geschwindigkeit beim Abfahren der Trajektorie T im Video. Gegebenenfalls werden so lange keine weiteren Punkte auf der Trajektorie T angefahren, bis die neue Blickrichtung eingestellt ist. Die Blickrichtungen an den Zwischenpunkten werden vorzugsweise interpoliert. Der Nickwinkel γ ist vorzugsweise passend zu der beschriebenen Blickrichtung gewählt, d. h. Änderungen der Höhe während des Abfahrens der Trajektorie T werden ausgeglichen. Alternativ ist der Nickwinkel γ = 0° konstant. Der Rollwinkel β ist vorzugsweise immer β = 0°. So wie die Punkte auf der Trajektorie T interpoliert sind, wird auch die Blickrichtung interpoliert.In order to define said section of the local environment αβγ, the predetermined points are each assigned a preferred viewing direction. Within each cluster G ', G °, at least the yaw angle α is chosen such that as a rule the viewing direction (indicated by arrows in FIG 13 ) is set to the focus F of the cluster G ', G °, regardless of the course of the trajectory T. At the starting point of the cluster G', G °, the viewing direction is preferably towards the focus F of the cluster G ', G °. For example, between the penultimate trajectory point TP of the cluster G ', G ° and the end point of the cluster G', G °, the line of sight may be towards the end point of the cluster G ', G °, while at the end point of the cluster G', G °, which is also the starting point of the next cluster G ', G °, the viewing direction preferably goes to the focus F of this next cluster G', G °. If a new viewing direction is to be set, this is preferably done between the preceding trajectory point TP and the one with the new viewing direction, preferably not faster than the average speed when trajectory T is traversed in the video. If necessary, no further points on the trajectory T are approached until the new viewing direction is set. The viewing directions at the intermediate points are preferably interpolated. The pitch angle γ is preferably selected to match the described viewing direction, ie changes in height during the trajectory T are compensated. Alternatively, the pitch angle γ = 0 ° is constant. The roll angle β is preferably always β = 0 °. Just as the points on the trajectory T are interpolated, the view direction is also interpolated.

In diesem vierten Schritt 104 wird an jedem vorgegebenen Punkt der Trajektorie T in die dreidimensionale Punktwolke 3DP in der eingestellten Blickrichtung betrachtet und dazu das zweidimensionales Bild, welches den sichtbaren Ausschnitt der lokalen Umgebung αβγ bildet, als Projektion (im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf die Bildebene der Anzeigevorrichtung 24) ermittelt. Der sichtbare Ausschnitt ist vorzugsweise eine Panoramaansicht 90, die vorzugsweise an das menschliche Gesichtsfeld angepasst ist. Durch Aneinanderreihung der so gewonnenen Ausschnitte der lokalen Umgebung αβγ ergibt sich das Video, welches vorzugsweise die gewünschten fünfundzwanzig (oder mehr) Bilder pro Sekunde aufweist.In this fourth step 104 becomes at any given point of the trajectory T in the three-dimensional point cloud 3DP viewed in the set viewing direction and to the two-dimensional image, which forms the visible section of the local environment αβγ, as a projection (in the present embodiment, on the image plane of the display device 24 ). The visible section is preferably a panoramic view 90 , which is preferably adapted to the human visual field. By juxtaposing the thus obtained sections of the local environment αβγ results in the video, which preferably has the desired twenty-five (or more) frames per second.

Zu jedem dieser zweidimensionalen Bilder des Videos bleiben vorzugsweise die Koordinaten des vorgegebenen Punktes, von dem aus betrachtet wird, und die eingestellte Blickrichtung gespeichert, also die Kameraparameter für den sichtbaren Ausschnitt der lokalen Umgebung αβγ. Mit diesen Kameraparametern ist ein nahtloser Wechsel zwischen dem Video und einer dreidimensionalen Darstellung möglich. Der Benutzer kann vorzugsweise das Video an einem beliebigen Punkt der Trajektorie T unterbrechen, von dem Punkt aus die lokale Umgebung αβγ betrachten, beispielsweise die dreidimensionale Punktewolke 3DP oder eine Panoramaansicht der lokale Umgebung αβγ, und dann wahlweise das Video wieder fortsetzen.For each of these two-dimensional images of the video preferably remain the coordinates of the given point from which is viewed, and the set viewing direction stored, so the camera parameters for the visible section of the local environment αβγ. With these camera parameters, a seamless change between the video and a three-dimensional representation is possible. The user may preferably interrupt the video at any point of the trajectory T, from which point the local environment αβγ may be considered, for example the three-dimensional point cloud 3DP or a panoramic view of the local αβγ environment, and then optionally resume the video.

In einer abgewandelten Ausführung sind den vorgegebene Punkten auf der Trajektorie T für eine stereoskopische Betrachtung zwei leicht beabstandete Kamerapositionen zugeordnet, so dass jeweils zwei Bilder erzeugt werden. Es entsteht dann ein stereoskopisches Video mit unterschiedlichen Bildern für jedes Auge.In a modified embodiment, two slightly spaced camera positions are assigned to the predetermined points on the trajectory T for a stereoscopic viewing, so that in each case two images are generated. It then creates a stereoscopic video with different images for each eye.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Laserscannerlaser scanner
1212
Messkopfprobe
12a12a
erste Achsefirst axis
1414
Fußfoot
1616
Spiegelmirror
16a16a
zweite Achsesecond axis
16b16b
Spiegelträgermirror support
1717
Lichtsenderlight source
17a17a
Laserdiodelaser diode
17b17b
Umlenkoptikdeflecting
17c17c
Strahlteilerbeamsplitter
1818
SendelichtstrahlTransmitted light beam
2020
EmpfangslichtstrahlReception light beam
2121
Lichtempfängerlight receiver
21a21a
Empfangslinsereceiving lens
21b21b
Spiegelanordnungmirror arrangement
21c21c
Detektordetector
2222
Steuer- und AuswertevorrichtungControl and evaluation device
2424
Anzeigevorrichtungdisplay device
2525
Farbkameracolor camera
8080
planare Ansichtplanar view
8181
Geländerrailing
8282
Cursorcursor
8383
Anzeige der Zeilen + SpaltenDisplay of rows + columns
8484
Anzeige der DrehwinkelDisplay of the rotation angle
8585
Anzeige der kartesischen KoordinatenDisplay of the Cartesian coordinates
9090
Panoramaansichtpanoramic view
101101
erster Schrittfirst step
102102
zweiter Schrittsecond step
103103
dritter SchrittThird step
104104
vierter Schrittfourth step
3DP3DP
(dreidimensionale) Punktwolke(three-dimensional) point cloud
C10, Ci C 10 , C i
Zentrum des LaserscannersCenter of the laser scanner
dd
Distanzdistance
FF
Fokusfocus
G'G'
gerader Clusterstraight cluster
G °
ausgedehnter Clusterextended cluster
OO
Objektobject
TT
Trajektorietrajectory
TPTP
Trajektorien-PunktTrajectory point
XX
Messpunktmeasuring point
XYZXYZ
(gemeinsames) Koordinatensystem(common) coordinate system
X'Y'Z'X'Y'Z '
lokales Koordinatensystemlocal coordinate system
αα
Gierwinkelyaw
ββ
Rollwinkelroll angle
γγ
Nickwinkelpitch angle
αβγαβγ
lokale Umgebunglocal environment

Claims (8)

Verfahren zum optischen Abtasten und Vermessen einer Szene mittels eines Laserscanners (10), der wenigstens einen Scan der Szene mit einem bestimmten Zentrum (Ci) und mit mehreren Messpunkten (X) erzeugt, wobei die erzeugten Scans mit ihren Messpunkten (X) in einem gemeinsamen Koordinatensystem (XYZ) der Szene registriert werden und die Gesamtheit aller Messpunkte (X) der erzeugten Scans eine dreidimensionale Punktwolke (3DP) bilden, welche visualisiert wird, wobei zur automatischen Erzeugung eines Videos als Visualisierung a) in einem ersten Schritt im gemeinsamen Koordinatensystem (XYZ) der Szene eine Trajektorie (T) mit mehreren Trajektorien-Punkten (TP) auf ihr definiert wird, indem ausgezeichnete Punkte in eine Abfolge gebracht werden und exakt oder approximiert Trajektorien-Punkte (TP) definieren, die entsprechend der Abfolge miteinander verbunden werden, b) in einem zweiten Schritt die Trajektorien-Punkte (TP) Clustern (G', G°) zugeteilt werden, wobei jeder Cluster (G', G°) eine Abfolge von Trajektorien-Punkten (TP) darstellt, und wobei für die Zuteilung der Trajektorien-Punkte TP zu den Clustern (G', G°) die Krümmung der Trajektorie (T) an den Trajektorien-Punkten (TP) bestimmt wird, wobei ein Trajektorien-Punkt (TP) zu einem ”geraden” Cluster (G') gehört, wenn die Krümmung betragsmäßig unterhalb eines bestimmten Schwellwertes liegt, und wobei wenigstens zwei aufeinander folgende Trajektorien-Punkte (TP) zu einem ”ausgedehnten” Cluster (G°) gehören, wenn die Krümmungen betragsmäßig jeweils oberhalb des bestimmten Schwellwertes liegen und das gleiche Vorzeichen haben, c) zu den den Clustern (G', G°) zugeteilten Trajektorien-Punkten (TP) jeweils ein Ausschnitt der lokalen Umgebung (αβγ) aus der dreidimensionalen Punktwolke (3DP) ermittelt wird, wobei sich aus einer Aneinanderreihung dieser Ausschnitte das Video ergibt.Method for optically scanning and measuring a scene by means of a laser scanner ( 10 ), which generates at least one scan of the scene with a specific center (C i ) and with several measurement points (X), wherein the generated scans with their measurement points (X) are registered in a common coordinate system (XYZ) of the scene and the totality of all Measuring points (X) of the generated scans a three-dimensional point cloud ( 3DP A) in a first step in the common coordinate system (XYZ) of the scene, a trajectory (T) with multiple trajectory points (TP) is defined on it by excellent points in a sequence and define exactly or approximated trajectory points (TP) which are connected together according to the sequence, b) in a second step the trajectory points (TP) are assigned to clusters (G ', G °), each cluster ( G ', G °) represents a sequence of trajectory points (TP), and wherein for the allocation of the trajectory points TP to the clusters (G', G °) the curvature of the trajectory (T) at the trajectory points ( TP), where a trajectory point (TP) belongs to a "straight" cluster (G ') if the curvature is below a certain threshold in absolute value, and at least two consecutive trajectory points (TP) become a " extended "clusters (G °) belong, if the curvatures amount in each case above the certain threshold value and have the same sign, c) to the clusters (G ', G °) assigned trajectory points (TP) in each case a section of the local Conversely (αβγ) from the three-dimensional point cloud ( 3DP ) is determined, resulting in a juxtaposition of these sections the video. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der dreidimensionale Punktwolke (3DP) mehrere Scans mit unterschiedlichen Standorten des Laserscanners (10) mit jeweils einem Zentrum (Ci) erzeugt werden, welche im gemeinsamen Koordinatensystem (XYZ) der Szene registriert werden.Method according to claim 1, characterized in that in order to form the three-dimensional point cloud ( 3DP ) several scans with different locations of the laser scanner ( 10 ) are each generated with a center (C i ), which are registered in the common coordinate system (XYZ) of the scene. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentren (Ci) der mehreren Scans zu den ausgezeichneten Punkte gehören.A method according to claim 2, characterized in that the centers (C i ) of the plurality of scans belong to the marked points. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge der Trajektorien-Punkte (TP) in der Trajektorie (T) anhand von Sortierkriterien, insbesondere der räumlichen Nähe der ausgezeichneten Punkte und/oder der zeitlichen Abfolge der Scans, oder anhand einer Optimierung definiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sequence of trajectory points (TP) in the trajectory (T) on the basis of sorting criteria, in particular the spatial proximity of the excellent points and / or the temporal sequence of the scans, or by means of an optimization is defined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Schritt für jeden Cluster (G', G°) wenigstens ein Fokus (F) definiert wird, wobei für jeden ”ausgedehnten” Cluster (G°) der Fokus (F) vorzugsweise der Schwerpunkt des Clusters (G°) ist und für jeden ”geraden” Cluster (G') der Fokus (F) vorzugsweise der Endpunkt des Clusters (G') ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a third step for each cluster (G ', G °) at least one focus (F) is defined, wherein for each "extended" cluster (G °) the focus (F) is preferably the center of gravity of the cluster (G °) and for each "even" cluster (G ') the focus (F) is preferably the end point of the cluster (G'). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Schritt an jedem vorgegebenen Punkt der Trajektorie (T) die dreidimensionale Punktwolke (3DP) mit bevorzugter Blickrichtung auf den Fokus (F) betrachtet und der sichtbare Ausschnitt der lokalen Umgebung (αβγ) ermittelt wird.A method according to claim 5, characterized in that in a fourth step at each predetermined point of the trajectory (T), the three-dimensional point cloud ( 3DP ) with a preferred viewing direction on the focus (F) and the visible section of the local environment (αβγ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Video die Trajektorien-Punkte (TP) nacheinander angefahren werden und jeweils der Ausschnitt der lokalen Umgebung (αβγ) mittels einer Anzeigevorrichtung (24) gezeigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the video, the trajectory points (TP) are approached in succession and in each case the section of the local environment (αβγ) by means of a display device ( 24 ) will be shown. Laserscanner (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 7, aufweisend einen Fuß (14) und einen relativ zum Fuß (14) drehbaren Messkopf (12) mit einem Lichtsender (17), der einen Sendelichtstrahl (18) aussendet, einem Lichtempfänger (21), der einen von einem Objekt (O) in der Umgebung des Laserscanners (10) reflektierten oder sonst irgendwie gestreuten Empfangslichtstrahl (20) empfängt, und einer Steuer- und Auswertevorrichtung (22), die für eine Vielzahl von Messpunkten (X) des Scans jeweils wenigstens die Distanz zum Objekt (O) ermittelt, die erzeugten Scans bezüglich eines gemeinsamen Koordinatensystems (XYZ) der Szene registriert und zu jedem der Trajektorien-Punkten (TP) die lokale Umgebung (αβγ) aus der dreidimensionalen Punktwolke (3DP) ermittelt, wobei die Anzeigevorrichtung (24) an die Steuer- und Auswertevorrichtung (22) angeschlossen ist.Laser scanner ( 10 ) for carrying out a method according to claim 7, comprising a foot ( 14 ) and one relative to the foot ( 14 ) rotatable measuring head ( 12 ) with a light transmitter ( 17 ), which transmits a transmitted light beam ( 18 ), a light receiver ( 21 ), one of an object (O) in the vicinity of the laser scanner ( 10 ) reflected or otherwise scattered received light beam ( 20 ), and a control and evaluation device ( 22 ), which determines at least the distance to the object (O) for a plurality of measurement points (X) of the scan, registers the generated scans with respect to a common coordinate system (XYZ) of the scene and to each of the trajectory points (TP) the local environment (αβγ) from the three-dimensional point cloud ( 3DP ), wherein the display device ( 24 ) to the control and evaluation device ( 22 ) connected.
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